Абсолютный спирт. Промышленное производство спирта из биологического сырья
Абсолютный этиловый спирт нашел себе применение в промышленности. Это вещество необходимо для обеспечения реакции органического синтеза. Такую жидкость в настоящее время нередко используют в лабораториях. Впервые технические условия, посвященные этому веществу, были изданы в 37-ом году. В настоящее время действуют специализированные ГОСТы и стандарты, регламентирующие качество жидкости и нюансы ее приготовления.
Общая информация
Как было определено в 1937 году, абсолютный спирт – это такая жидкость, крепость которой оценивается в 99,7 % или больше. Допускается наличие в каждых 100 граммах до 5 мг альдегидов. При исследовании вещества на органические кислоты все такие соединения нужно пересчитать на уксусную. Концентрация не может превышать миллилитра на 100 мл готовой продукции.
Отличительная особенность абсолютного спирта – отсутствие какого-либо сухого остатка. В этом веществе не может быть щелочных соединений, минеральных кислот. Не допускается включение фурфурола. Спирт должен быть прозрачным, без какого-либо оттенка и окраски. Ему не присущи посторонние запахи, не допускается наличие специфического вкуса.
Нюансы терминологии
Современным химикам известен не только абсолютный спирт, но и безводный. Эти два термина нельзя приравнивать. В абсолютной разновидности, как можно заключить из сказанного выше, вода может быть, но в малом количестве.
Рассматриваемое химическое соединение способно формировать стойкие связи при химической реакции с бензином. За счет этого абсолютный спирт в ряде стран используется для производства моторного топлива. Как показали исследования, если эту жидкость примешать к бензину, становятся существеннее антидетонационные качества топлива, используемого для работы мотора. Следовательно, возможно большее сжатие.
Особенности и формы
О том, чем отличается дистиллят от ректификата, может рассказать квалифицированный химик. Дистиллят получают путем брожения и перегонки, а ректификат — продукт, очищенный от примесей. Кроме того, при использовании методики ректификации можно добиться готового этилового спирта, концентрация основного вещества в котором – до 95,7 %. Такие параметры обусловлены наличием этилового спирта в азеотропных соединениях, появляющихся при химическом взаимодействии с водой в условиях нормального атмосферного давления.
Обычно в настоящее время используется советующий ГОСТу 5964-93 этиловый спирт. Именно он наиболее востребован в народном хозяйстве. В такой жидкости вода содержится в концентрации 4,43 % или немногим более. В определенных случаях для протекания реакции необходимо обеспечить наличие спирта, в котором практически нет воды, тогда прибегают к абсолютной разновидности. Это необходимо при изготовлении фармацевтической продукции, лаков и красок. Абсолютная разновидность востребована в изготовлении косметики, парфюмерии. Для изготовления вещества были разработаны реакции абсолютирования.
Ошибки и заблуждения
Так сложилось, что представленный в аптеках спирт – это тот самый продукт, который первым приходит в голову, стоит упомянуть хоть какой-нибудь спирт. Если обыватели разговаривают об этиловом спирте, как правило, тема сводится к обсуждению крепости жидкости, и некоторые сожалеют, что нет абсолютного, настоящего спирта, то есть такого, который бы на 100 % состоял из собственно спирта, не имея специальных разбавителей и добавок. Многие убеждены, что максимальная крепость – 95,6 %. На самом деле абсолютный спирт существует, просто знают об этом преимущественно химики, так как именно в этой сфере промышленности ему нашлось применение.
Некоторые раздумывают: скажем, какой-нибудь «Иткульский спиртзавод» использует ли в своей работе абсолютный продукт? Не стоит заблуждаться на этот счет: абсолютная жидкость не предназначена для пищевых целей, ее применяют в производственной промышленности, но не для изготовления напитков.
О терминах и явлениях
Прежде чем разбираться, чем отличается продукция того же упомянутого «Иткульского спиртзавода» от промышленного продукта, разумно сориентироваться в термине «крепость» применительно к спиртосодержащим жидкостям. Этот параметр был введен для отражения наличия этанола в смеси спирта и воды. То, что люди привыкли именовать спиртом, в норме представляет собой соединение с водой, и любой спирт, используемый в продуктовой промышленности, обязательно имеет воду в своем составе. Содержание этого вещества варьируется.
Концентрация абсолютного этилового спирта, как следует из действующих стандартов, должна составлять 99,7 % или быть еще больше, то есть в общем объеме на воду выделяются тысячные доли процента. Для реального использования такой продукт обычно не требуется, применять его неоправданно в силу сложности изготовления. Даже для медицинских целей хватает крепости 95 %, не говоря уже о пищевом применении. В редких случаях необходимо использовать гидролизный спирт.
Откуда взять?
О том, как сделать спирт, могут рассказать опытные химики. Специализированные предприятия, ответственные за этот процесс, ежедневно изготавливают большие объемы продукта разной степени концентрации. Известно несколько методик приготовления спирта, и самый популярный вариант – естественная реакция брожения. Для ее реализации необходимо иметь в своем распоряжении растительную продукцию, обогащенную углеводами. Еще один подход – реакция гидролиза с использованием целлюлозы, добываемой из соломы, древесины.
Исходя из того, гидролизный спирт нужен или нет, можно прибегнуть к реакции гидратации этилена. Этим словом обозначается газ. Для реакции задействуют ортофосфорную либо серную кислоту. Химическое взаимодействие, протекающее при комбинации этих веществ, довольно сложное, реакция требует участия катализатора, но ее эффективность достаточно высока, чтобы метод получил промышленное распространение.
Реакции и продукты
Прибегая к описанным ранее методам того, как сделать спирт, можно получить в свое распоряжение продукт относительно невысокой концентрации. В готовой жидкости будут содержаться разнообразные примеси. Чтобы очистить вещество и увеличить процент содержания спирта, необходимо организовать перегонку. Для этого можно использовать традиционную перегоночную установку или ректификационную колонну. Аналогичную установку применяют при необходимости обработать нефть. По итогам таких мероприятий можно изготовить спирт, крепость которого – до 95,6 %.
Представленный в аптеке спирт – это именно такой продукт, но для некоторых операций и реакций его недостаточно, и нужно изготовить абсолютный. Есть несколько известных методов, но все они довольно сложны. Можно связывать воду, включенную в состав спирта, глицерином. Еще один вариант – химические реакции с металлами. Иногда прибегают к гипсу или калиевым солям. Определенной эффективностью обладает реакция с негашеной известью. Можно использовать хлористый кальций. На практике все эти методы встречаются редко, так как реализовать их в промышленных масштабах сложно, несмотря на хороший итог взаимодействия.
Что делать?
Из описанного выше ясно, почему на абсолютный спирт цена высока. Чтобы получить этот непростой продукт, приходится применять установки для азеотропного обезвоживания. Для работы системы необходимо использовать высокопроцентный раствор спирта в воде. Вещество смешивают с бензолом в жидкой форме, затем перегоняют полученные соединения в предназначенных для этого колоннах. Разработано несколько азеотропных методик. Результат процесса – довольно большой объем этилового спирта, крепость которого варьируется в пределах 99,9-100 %.
Хотя на абсолютный спирт цена высока, необходимость использования этого соединения в ряде химических процессов обуславливает немалый спрос, поэтому отечественные и иностранные предприятия изготавливают довольно большие объемы абсолютного продукта. Готовую жидкость включают в топливо для космического транспорта, используют в автомашинах и при изготовлении ряда продукции, используемой обывателями в повседневности. А вот в обычной жизни встретиться с абсолютным спиртом человеку, далекому от химии и производства, вряд ли придется.
Нюансы получения
В настоящее время этиловый спирт получил широкое распространение в биологии. Это вещество необходимо для консервирования разнообразных препаратов. Зачастую биологи применяют именно абсолютную форму. При этом учитывают, что обычной перегонкой нельзя очистить продукт до необходимого уровня, так как формируется кипящая смесь, не поддающаяся разделению при применении классической перегоночной установки. Температура кипения спирта крепостью 95,6 % составляет 78,15 градуса по шкале Цельсия, а для абсолютного этот показатель – 78,37 градуса.
Отмечается, что практически лишенный воды спирт для биологических целей иногда получают, продолжительное время настаивая ректификат на медном сернокислом порошке, – такой продукт изготавливают, прокаливая медный купорос. Благодаря соли вода практически полностью уходит из основной смеси, при этом порошок не растворяется в спирте. Если взять прокаленную известь и несколько часов кипятить ее в спирте, результат реакции будет еще более качественным. Заключительным этапом такого процесса становится отгонка, в ходе которой необходимо исключить взаимодействие с воздухом, содержащим влагу.
Технические моменты
Этанол представляет собой жидкость без запаха и цвета. Ей присущ жгучий вкус и своеобразный запах. Этанол кипит при нагревании до 78,4 по шкале Цельсия, плавится при -114,15 по той же шкале измерения. Плотность вещества оценивается в 0,794 т/м.
Не составит труда перемешать этиловый спирт и воду, глицерин и разнообразные иные спирты, некоторые эфиры и растворители органической природы. Вещества можно смешивать в любых концентрациях и соотношениях. С определенными веществами метилкарбинол формирует азеотропную смесь. Это наблюдается при взаимодействии не только с водой, но и с хлороформом. Азеотропное соединение генерируется, если этиловый спирт смешать с этилацетатом, бензолом. Этанолу присуща способность формировать алкоголяты, если вещество взаимодействует с магниевыми, кальциевыми солями.
Спирт: а какой бывает?
Принято делить спирт на пищевой, технический. Определение принадлежности к категории зависит от того, что было применено для получения жидкости. О том, чем отличается дистиллят от ректификата, об особенностях разных категорий хорошо знают химики, ответственные за изготовление вещества. Ректификат — более чистый продукт, в отличие от дистиллята, имеющего характерный запах.
Возможности применения спирта определяются его крепостью, качеством ректификации. Выше был рассмотрен абсолютный спирт, необходимый для технических целей, но довольно любопытная тема – пищевой. Такую жидкость изготавливают из растительной продукции, продуктов питания. Для получения этилового спирта используется картофель, некоторые ягоды и фрукты. Можно применять зерновые культуры. Наиболее дешевый вариант – спирт, полученный из картофеля.
Для технического спирта в качестве сырья можно брать древесину. Иногда его получают при работе с продуктами трансформации нефти. При изготовлении технического спирта исходное сырье помещают в установку, где протекает гидролиз. В техническом спирте в обилии представлены опасные для человеческого здоровья примеси. По этой причине его нельзя использовать в пищевой промышленности.
Особенности производственного процесса
Качественный спирт получают, если рабочий процесс протекает с использованием надежного сырья, если соблюдается технология и качественно исполняется перегонка, во время которой изымаются вредоносные соединения. Степень очистки – основание причисления продукции к конкретному сорту.
Чем сорт спирта выше, тем меньше в нем вредных соединений. Кроме того, это показывает его крепость. Используемый в пищевой промышленности этиловый спирт получают, разбавляя ректификат, прошедший процедуру очистки высокоэффективными методиками. Для разбавления применяют умягченную воду.